(57)【要約】【課題】  プラズマ処理装置において、上部電極に第１の周波数電力より低い第２の高周波電力３００Ｗ以上１０００Ｗ以下を加えた後、１〜３秒の時間差をもって第１の周波数電力を加えて、最初に第２の高周波電力によりシースを生成することにより、第１の高周波電力を印加しても、シャワーヘッドのガス孔の中にプラズマが入り込むことを阻止してアーク放電を抑制する。【解決手段】  プラズマ処理装置１０において、上部電極１３と下部電極１４とを処理室１２内に対向して配置し、上部電極１３に第１の周波数より低い第２の高周波電源から第２の高周波電力を最初に印加し、その後１〜３秒の時間差をもって第１の高周波電力を重畳して印加することを特徴とする。【選択図】  図１
2006286791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と第２電極とを処理室に対向して配置し、高周波電源からの第１の高周波電力と該第１の高周波電力より低い周波数の高周波電源からの第２の高周波電力とを第１整合回路と第２整合回路とを介して前記第１電極に印加し、かつ、第２電極を接地させるように構成したプラズマ処理装置において、
前記第１の高周波電力に前記第２の高周波電力を重畳して印加することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記第２の高周波電力を最初に印加した状態で、前記第１の高周波電力を印加することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
重畳する前記第２の高周波電力の周波数が、２ＭＨｚから１０ＭＨｚの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
印加する前記第１の高周波電力の周波数が、１３．５６ＭＨｚであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
重畳する前記第２の高周波の電力が、３００Ｗ以上１０００Ｗ以下であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記第１電極が、上部電極、また前記第２電極が、下部電極であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記プラズマ処理装置が、平行平板型プラズマ処理装置であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
第１電極と第２電極とを処理室に対向して配置し、高周波電源からの第１の高周波電力と該第１の高周波電力より低い周波数の高周波電源からの第２の高周波電力とを第１整合回路と第２整合回路とを介して前記第１電極に印加し、かつ、第２電極を接地して前記第２電極に載置した被処理基板にプラズマ処理する方法において、
前記第２の高周波電力を最初に前記第１電極に印加し、
次いで前記第２の高周波電力を前記第１電極に印加した状態で、
前記第１の高周波電力を前記第１電極に印加する、
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項９】
重畳する前記第２の高周波電力の周波数が、２ＭＨｚから１０ＭＨｚの範囲にあることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１０】
印加する前記第１の高周波電力の周波数が、１３．５６ＭＨｚであることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１１】
重畳する前記第２の高周波電力が、３００Ｗ以上１０００Ｗ以下であることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１２】
重畳する時間差が１秒から３秒であることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１３】
第１電極と第２電極とを処理室に対向して配置し、高周波電源からの第１の高周波電力と該第１の高周波電力より低い周波数の高周波電源からの第２の高周波電力とを第１整合回路と第２整合回路とを介して前記第１電極に印加し、かつ、第２電極を接地して前記第２電極に載置した被処理基板にプラズマ処理する方法において、
前記第２の高周波電力を最初に前記第１電極に印加し、
次いで前記第２の高周波電力を前記第１電極に印加した状態で、
前記第１の高周波電力を前記第１電極に時間差をもって印加するよう制御するソフトウェアを含むコンピュータ記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理基板に対してエッチング処理を施すプラズマ処理装置、とくに平行平板型プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスやフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）等の製造工程では、半導体ウェハやガラス基板（ＬＣＤ基板）等の被処理基板にエッチング処理を施すために、平行平板型プラズマ処理装置が用いられている。
【０００３】
この種の平行平板型プラズマ処理装置は、図５に示すように、エッチング装置１００の処理室１０２は、導電性の気密な処理容器１０４（処理容器の内側寸法で、巾方向：２，８９０ｍｍ、長手方向：３，１００ｍｍ、高さ：６００ｍｍ）内に形成され、また、処理室１０２内には、ガスシャワーヘッドをもつ上部電極（第１電極）１０６と下部電極（第２電極）１０８とが対向して配置されている。また、下部電極１０８は、ガラス基板等の平面視矩形形状の被処理基板Ｇ（例えば、外形：１，８７０ｍｍ×２，２００ｍｍのガラス基板）の載置台を兼ね、また、上部電極１０６と下部電極１０８には、それぞれ電力供給系が接続されている。また、処理室１０２内には、処理ガスがガス供給経路１１０を介して導入され、また、処理室１０２内のガスは、排気経路１１２を介して排気される。
【０００４】
ここで、上部電極１０６には、第１高周波電源１１４がローパス（低域通過）フィルタ１１６、第１整合器１１８、キャパシタンス１２０を介して接続されている。このような構成により、上部電極１０６には、所定周波数、例えば１３．５６ＭＨｚで２０ｋＷの第１高周波電力を印加する。
【０００５】
また、下部電極１０８には、第２高周波電源１２２が第２整合器１２４を介して接続されている。このような構成により、下部電極１０８には、第１高周波電力の周波数よりも低い周波数、例えば３．２ＭＨｚで１０ｋＷの第２高周波電力を印加する。
【０００６】
このような構成により、プラズマの状態やプロセスに応じてプラズマを制御でき、被処理基板Ｇに均一な処理を施すことができるようになっている（特許文献１及び２参照）。      
【０００７】
しかしながら、従来のこのような平行平板型プラズマ処理装置では、放電条件によっては、上部電極のガスシャワーヘッドの孔内にアーク放電が発生し、上部電極の損傷による短寿命が生じていた。
【特許文献１】特開２００１−１２７０４５号公報
【特許文献２】特開２００２−３１３８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする問題点は、プラズマ処理装置におけるガスシャワーヘッドの孔内の異常放電（アーク放電）の発生防止である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、第１電極と第２電極とを処理室に対向して配置し、高周波電源からの高周波電力と低周波電源からの低周波電力とを第１整合回路と第２整合回路とを介して前記第１電極に印加し、かつ、第２電極を接地させるように構成したプラズマ処理装置において、前記高周波電力に前記低周波電力を重畳して印加することを特徴とするプラズマ処理装置に関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のプラズマ処理装置によれば、その上部電極に第１の高周波電力に加えて、３００Ｗ以上１０００Ｗ以下の第１の高周波電力より低い周波数の高周波電力を重畳することにより、これまでアーク放電が生じていた放電条件において、上部電極界面のシースが厚くなり、処理室内のプラズマがこのシースによりガスシャワーヘッドの孔内に入ることが妨げられ異常放電の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
プラズマ処理装置の構成
添付した図１に示すように、本発明のプラズマ処理装置１０は、導電性の気密に保持された処理容器１１（処理容器の内側寸法で、巾方向：２，８９０ｍｍ、長手方向：３，１００ｍｍ、高さ：６００ｍｍ）からなり、この処理容器１１内に処理室１２が形成されている。そして、この処理室１２内には、搬入・搬出されるガラス基板等の平面視矩形形状の被処理基板Ｇ（例えば、外形：１，８７０ｍｍ×２，２００ｍｍのガラス基板）を載置する載置台を兼ねた導電性の下部電極１４が配設され、かつ接地されている。さらに、下部電極１４の基板載置面に対向する位置には、上部電極１３が下部電極１４と平行に配設され、１３．５６ＭＨｚ用整合器（第１整合器）１６と、３．２ＭＨｚ用整合器（第２整合器）１８を介して１３．５６ＭＨｚの高周波電源部（以下「第１の高周波電源」という）１５と３．２ＭＨｚの第１の高周波電源より低い高周波電源（以下「第２の高周波電源」という）にそれぞれ接続されている。なお、その他の構成は、従来の平行平板型プラズマエッチング装置とほぼ同じ構成である。
【００１２】
このように、本発明のプラズマ処理装置１０（平行平板型プラズマ処理装置）を構成して、上部電極１３に第１の高周波電力と第２の高周波電力とを重畳的に印加してプラズマを発生させて被処理基板Ｇをプラズマエッチング処理する。
【００１３】
上部電極への高周波電力と低周波電力との重畳印加の態様
図１に示す本発明のプラズマ処理装置１０では、上部電極１３に第１の高周波電力を重畳する最初に第１の高周波電力より低い周波数の第２の高周波電力を加えた後、重畳することにより、最初に上部電極界面にシースを生成し、次に第１の高周波電力を加えた場合、これにより生成されるプラズマを上部電極界面から出来るだけ遠ざけ、処理室１２内のプラズマがこのシースによりガスシャワーヘッドの孔の中に入ることが妨げられて、異常放電の発生を防止する。
【００１４】
ここで、高周波電力に重畳する電力の周波数は、以下のように設定する。すなわち、プラズマ中のイオンが重畳周波数の電界の変化に追従できるような低い周波数では、イオンが高いエネルギーを得て加速され、上部電極１３に衝突し、上部電極１３を、損傷してしまう。他方、重畳する電力の周波数が高すぎる場合には、自己バイアス電圧が小さくなってしまい、シース領域が薄いためプラズマがガスシャワーヘッドの孔の中に入り、異常放電を抑制する効果が得られなくなってしまう。本発明者の実験結果によると、２ＭＨｚから１０ＭＨｚ程度の周波数の電力の重畳が好ましく、また、この場合、重畳する電力の時間差は、最初第２の高周波電力を加え、次に第１の高周波電力を加える場合において、１秒から３秒程度とする。
【００１５】
図２は、プラズマエッチングチャンバー内での上部電極の異常放電評価を検証した結果を示すもので、異常放電を発生し易いＯ2条件（真空度：３００ｍＴｏｒｒ、電極間ギャップ：２３５ｍｍ、印加電力：５ｋＷ〜３５ｋＷ）で２３．２ＭＨｚの電力を重畳した。
【００１６】
図２では、横軸にＲＦｐｏｗｅｒ（高周波電力）（Ｗ）を、また、縦軸に３．２ＭＨｚ重畳したときの上部電極における異常放電発生の再現性を確認した実験結果をプロットしたものを示す。各当該異常放電発生の再現性の確認では、５ｋＷから３５ｋＷまで５ｋＷ毎にＲＦ電力を印加し、重畳する周波数電力の値を変えて異常放電の有無を確認した。
【００１７】
まず、第１の実験の確認では、１０００Ｗ重畳したが、異常放電は認められなかった。第２の実験の確認では、５００Ｗ重畳したが同様に異常放電は認められなかった。第３の実験の確認では、３００Ｗ重畳したが異常放電はなかった。さらに、第４の実験の確認では、１００Ｗ重畳したが同様に異常放電は認められなかった。
【００１８】
ここで、第１から第４の実験の確認時には、最初に３．２ＭＨｚの第２の高周波電力を印加した状態で、ソース電源のＲＦ出力（第１の周波数電力）を５ｋＷずつ断続的に印加した。なお、ソース電源がＯＦＦ時は、３．２ＭＨｚのみの第２の高周波電力が印加された状態とした。第５の実験の確認では、第１の高周波電力に第２の高周波電力を重畳しなかったところ、１０ｋＷで異常放電が認められた。第６の実験の確認では、５００Ｗ重畳し、また、第７の実験の確認では、３００Ｗ重畳したが、異常放電は認められなかった。さらに、第８の実験の確認では、１００Ｗ重畳したところ、ＲＦ出力が２０ｋＷと３０ｋＷで小規模異常放電が認められた。これは、第１の周波数より低い周波数の第２の高周波の電力が小さいため、シースが薄くなり、プラズマがガスシャワーヘッドの孔の中に入ったことに起因すると思われる。
【００１９】
ここで、第６から第８の実験の確認時には、第５の実験の確認時の異常放電発生状態から、異常放電による放電痕は、そのままの状態で断続して異常放電評価を行った（ＲＦ電力の印加方法は、前出第１から第４の実験の確認時と同じである）。
【００２０】
この上部電極異常放電評値から、（ｉ）３．２ＭＨｚを３００Ｗ〜１０００Ｗ重畳した場合には、異常放電は未発生であったが１００Ｗ重畳で小規模異常放電の発生が認められた。（ii）３．２ＭＨｚ重畳なしでは異常放電発生した。
【００２１】
この異常放電評値から、確実に上部電極の異常放電を抑制するには、３００Ｗ以上１０００Ｗまでの第１の周波数より低い第２の周波数電力の重畳が好ましいことが確認された。ここで、第１の高周波電力と第２の高周波電力の重畳の順番は、最初に第２の高周波電力を印加してから、第１の高周波電力を印加する必要があり、上述したいずれの実験においても、第２の高周波電力を印加してから、第１の高周波電力を印加する時間差は、１〜３秒である。
【００２２】
また、３．２ＭＨｚの第２の高周波電力を重畳することにより、シースが厚くなるため、シース電圧（Ｖｄｃ）が増加し、上部電極がよりスパッタされることが懸念される。そこで、図３に示すように、第２の高周波の重畳効果を確認するために、上部電極サンプル削れ評価を行った。
【００２３】
この上部電極サンプル削れ評価では、２５ｍｍ×２５ｍｍの大きさの熱酸化膜ウェハ小片を上部電極に貼り付けて削れ量（スパッタ量）を測定した。図３（ａ）で、ＣＥＮＴＥＲは上部電極の中心に、Ｅｄｇｅ１はゲートの反対側の端部に、またＥｄｇｅ２はＣＥＮＴＥＲ真下のゲート側端部に、それぞれウェハ小片を貼り付けた位置を示す（図３（ｂ）参照）。
【００２４】
さらに、上部電極の削れ量（スパッタ量）の増加を確認したところ、図３（ａ）に示すように３．２ＭＨｚの低周波電力５００Ｗ重畳で１０％、また、１０００Ｗ重畳で１５％程度の増加が確認された（ここで、図３（ａ）の縦軸は、Ｅ／Ｒ：エッチングレート、横軸は、Ｂｉａｓ  Ｐｏｗｅｒ：バイアス出力を示す）。
【００２５】
以上の実験結果から、本発明のプラズマ処理装置１０では、上部電極１３に３．２ＭＨｚの第１の高周波数電力より低い周波数の第２の高周波電力（３００Ｗ以上）を重畳することにより、上部電極１３にダメージを与えることなく、異常放電の発生を防ぐことが可能となることが確認された。
【００２６】
一方、シース電圧（Ｖｄｃ）を積極的に出すことによって、上部電極表面に生成されるデポ（付着物）をイオンのスパッタにより減ずる効果もあるが、余り大きいと処理室の消耗につながる。ここで第２の高周波の重畳電力が小さい程スパッタレートは小さくなることが確認された。
【００２７】
さらに、図４（ａ）から（ｄ）にそれぞれ示すように、上部電極１３及び下部電極１４への高周波電力の印加方法を変えた別の実施例を構成することもできる。
【００２８】
まず、図４（ａ）に示す実施例では、上部電極１３ａに第１の高周波電源１５ａと、第２の高周波電源１７ａを接続して高周波電力を印加し、また下部電極１４ａに第３の高周波電源２０ａを接続して高周波電力を印加して、上下部３周波とする。さらに、図４（ｂ）に示す実施例では、上部電極１３ｂに第１の高周波電源１５ｂと第２の高周波電源１７ｂとを接続して高周波電力を印加し、また、下部電極１４ｂに、第３の高周波電源２０ｂと第４の高周波電源２１ｂとを接続して高周波電力を印加し上下部４周波とする。
【００２９】
また、図４（ｃ）及び図４（ｄ）に示すように、上部シャワーヘッド１３ｃ，１３ｄをグランド接地して第２の高周波電源１７ｃ，１７ｄから第２の高周波電力を印加し、下部電極１４ｃ，１４ｄに第３の高周波電源２０ｃあるいは第３、第４の高周波電源２０ｄ，２１ｄを接続して高周波電力を印加して、それぞれ本発明のプラズマ処理装置を構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明のプラズマ処理装置は、上下部２周波のプラズマエッチング装置だけでなく、上部電極にダメージを与える異常放電を未然に防ぐことが不可欠なＣＶＤ装置等各種処理装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の概念図。
【図２】本発明のプラズマ処理装置と従来のプラズマ処理装置での上部電極異常放電評価を示すグラフ。
【図３】図３（ａ）は、本発明のプラズマ処理装置による低周波重畳効果を上部電極のサンプル削れ量から検証したグラフ、図３（ｂ）は、上部電極のサンプル削れ量の評価位置を示す。
【図４】本発明のプラズマ処理装置の実施例を示す概念図であって、図４（ａ）は上下部３周波の、図４（ｂ）は上下部４周波の、図４（ｃ）は上下部２周波の、また図４（ｄ）は上下部３周波の実施例を、それぞれ示す。
【図５】従来のプラズマ処理装置の概念図。
【符号の説明】
【００３２】
１０  プラズマ処理装置
１１  処理容器
１２  処理室
１３  上部電極
１４  下部電極
１５  第１の高周波電源
１６  第１の高周波用整合器（第１整合器）
１７  第２の高周波電源
１８  第２の高周波用整合器（第２整合器）
２０  第３の高周波電源
２１  第４の高周波電源
Ｇ  被処理基板
【図１】
2006286791.tif 000003
【図２】
2006286791.tif 000004
【図３】
2006286791.tif 000005
【図４】
2006286791.tif 000006
【図５】
2006286791.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成18年3月31日(2006.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と第２電極とを処理室に対向して配置し、高周波電源からの第１の高周波電力と該第１の高周波電力より低い周波数の高周波電源からの第２の高周波電力とを第１整合回路と第２整合回路とを介して前記第１電極に印加し、かつ、第２電極を接地させるように構成したプラズマ処理装置において、
前記第１の高周波電力に前記第２の高周波電力を重畳して印加することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記第２の高周波電力を最初に印加した状態で、前記第１の高周波電力を印加することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
重畳する前記第２の高周波電力の周波数が、２ＭＨｚから１０ＭＨｚの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
印加する前記第１の高周波電力の周波数が、１３．５６ＭＨｚであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
重畳する前記第２の高周波の電力が、３００Ｗ以上１０００Ｗ以下であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記第１電極が、上部電極、また前記第２電極が、下部電極であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記プラズマ処理装置が、平行平板型プラズマ処理装置であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
第１電極と第２電極とを処理室に対向して配置し、高周波電源からの第１の高周波電力と該第１の高周波電力より低い周波数の高周波電源からの第２の高周波電力とを第１整合回路と第２整合回路とを介して前記第１電極に印加し、かつ、第２電極を接地して前記第２電極に載置した被処理基板にプラズマ処理する方法において、
前記第２の高周波電力を最初に前記第１電極に印加し、
次いで前記第２の高周波電力を前記第１電極に印加した状態で、
前記第１の高周波電力を前記第１電極に印加する、
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項９】
重畳する前記第２の高周波電力の周波数が、２ＭＨｚから１０ＭＨｚの範囲にあることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１０】
印加する前記第１の高周波電力の周波数が、１３．５６ＭＨｚであることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１１】
重畳する前記第２の高周波電力が、３００Ｗ以上１０００Ｗ以下であることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１２】
重畳する時間差が１秒から３秒であることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１３】
第１電極と第２電極とを処理室に対向して配置し、高周波電源からの第１の高周波電力と該第１の高周波電力より低い周波数の高周波電源からの第２の高周波電力とを第１整合回路と第２整合回路とを介して前記第１電極に印加し、かつ、第２電極を接地して前記第２電極に載置した被処理基板にプラズマ処理を実行するコンピュータ記憶媒体において、
前記第２の高周波電力を最初に前記第１電極に印加し、
次いで前記第２の高周波電力を前記第１電極に印加した状態で、
前記第１の高周波電力を前記第１電極に時間差をもって印加するよう制御するソフトウェアを含むコンピュータ記憶媒体。